Мостиковая нуклеиновая кислота

Мостиковая нуклеиновая кислота ( BNA ) представляет собой модифицированный нуклеотид РНК . Их иногда также называют ограниченными или недоступными молекулами РНК . БНА Мономеры могут содержать пятичленную, шестичленную или даже семичленную мостиковую структуру с «фиксированным» С _3' -эндо-сахарным сморщиванием. ^{[ 1 ]} Мост синтетически вводят в 2',4'-положение рибозы с образованием 2',4'-мономера BNA. Мономеры могут быть включены в олигонуклеотидов полимерные структуры с использованием стандартной химии фосфорамидитов . BNA представляют собой структурно жесткие олигонуклеотиды с повышенной аффинностью связывания и стабильностью.

Химические структуры

Химические структуры мономеров BNA, содержащих мостик в 2', 4'-положении рибозы, образующий 2', 4'-мономер BNA, синтезированные группой Такеши Иманиши. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Природа мостика может различаться для разных типов мономеров. Трехмерные структуры А-РНК и В-ДНК использовались в качестве матрицы для проектирования мономеров BNA. Целью разработки было найти производные, обладающие высокой аффинностью связывания с комплементарными цепями РНК и/или ДНК.

Повышенная конформационная негибкость сахарного фрагмента нуклеозидов (олигонуклеотидов) приводит к получению высокой аффинности связывания с комплементарной одноцепочечной РНК и/или двухцепочечной ДНК. Первые мономеры 2',4'-BNA (LNA) были впервые синтезированы группой Такеши Иманиши в 1997 году. ^{[ 2 ]} за ним независимо последовала группа Йеспера Венгеля в 1998 году. ^{[ 8 ]}

Химические структуры других БНА, синтезированных в последние годы, указаны ниже структур.

BNA Нуклеотиды могут быть включены в олигонуклеотиды ДНК или РНК в любом желательном положении. Такие олигомеры синтезируются химическим путем и в настоящее время коммерчески доступны. Мостиковая конформация рибозы усиливает укладку оснований и предварительно организует основную цепь олигонуклеотида, значительно повышая их гибридизационные свойства.

Включение BNA в олигонуклеотиды позволяет получать модифицированные синтетические олигонуклеотиды с равная или более высокая аффинность связывания с комплементарной ДНК или РНК с превосходной способностью различать одиночные несовпадения; лучшее селективное связывание РНК; более сильные и более избирательные последовательности персонажей, образующих триплекс; выраженная более высокая нуклеазная устойчивость, даже выше, чем у аналогов Sp-фосфоротиоата; и хорошая растворимость полученных олигонуклеотидов в воде по сравнению с обычными олигонуклеотидами ДНК или РНК.

Химические структуры БНА были представлены в 2007 году группой Иманиши. ^{[ 7 ]} Это новое поколение аналогов BNA называется 2',4'-BNA. ^{Северная Каролина}[NH],2',4'-БНА ^{Северная Каролина}[NMe] и 2',4'-BNA ^{Северная Каролина}[НБн].

Новые аналоги БНА, представленные группой Иманиши, были разработаны с учетом длины мостиковой части . Шестичленная мостиковая структура с уникальной структурной особенностью (связь NO) в сахарном фрагменте была разработана так, чтобы содержать атом азота. Этот атом улучшает образование дуплексов и триплексов за счет уменьшения отталкивания между отрицательно заряженными фосфатами основной цепи. Эти модификации позволяют контролировать сродство к комплементарным нитям, регулировать устойчивость к деградации нуклеаз и синтез функциональных молекул, предназначенных для конкретных применений в геномике. Свойства этих аналогов были исследованы и сравнены со свойствами предыдущих 2',4'-BNA (LNA) модифицированных олигонуклеотидов группой Иманиши. Результаты Иманиши показывают, что «2',4'-BNA ^{Северная Каролина}-модифицированные олигонуклеотиды с такими профилями демонстрируют большие перспективы для применения в антисмысловых и антигенных технологиях».

Макото Коидзуми в 2004 году рассмотрел свойства BNA с акцентом на ENA как антисмысловые и антигенные олигонуклеотиды (AON) и предложил механизм действия этих соединений, который может включать остановку трансляции, деградацию мРНК, опосредованную РНКазой H, и остановку сплайсинга.

Предлагаемый механизм действия АОН

Ямамото и др. в 2012 году ^{[ 9 ]} продемонстрировали, что антисмысловые терапевтические средства на основе BNA ингибируют экспрессию PCSK9 в печени, что приводит к сильному снижению уровней LDL-C в сыворотке мышей. Результаты подтвердили гипотезу о том, что PCSK9 является потенциальной терапевтической мишенью при гиперхолестеринемии, и исследователи смогли показать, что антисмысловые олигонуклеотиды (АОН) на основе BNA вызывают снижение уровня холестерина у мышей с гиперхолестеринемией. Наблюдалось умеренное повышение уровня аспартатаминотрансферазы, АЛТ и азота мочевины в крови, тогда как гистопатологический анализ не выявил тяжелой печеночной токсичности. Та же группа также в 2012 году сообщила, что 2',4'-BNA ^{Северная Каролина}Аналог [NMe] при использовании в антисмысловых олигонуклеотидах показал значительно более сильную ингибирующую активность, которая более выражена в более коротких (13-16-мерных) олигонуклеотидах. Их данные привели исследователей к выводу, что 2',4'-BNA ^{Северная Каролина}Аналог [NMe] может быть лучшей альтернативой обычным LNA.

Преимущества технологии BNA

Некоторые из преимуществ BNA включают идеальную возможность обнаружения коротких мишеней РНК и ДНК; повысить термостойкость дуплексов; способен различать отдельные нуклеотиды; повышает термостойкость триплексов; устойчивость к экзо- и эндонуклеазам, что обеспечивает высокую стабильность при in vivo и in vitro применении ; повышенная целевая специфичность; облегчить нормализацию ТМ; инвазия нитей позволяет обнаруживать «труднодоступные» образцы; совместим со стандартными ферментативными процессами. ^{[ нужна ссылка ]}

Применение технологии БНА

Применение BNA включает исследование малых РНК; дизайн и синтез аптамеров РНК; миРНК; антисмысловые зонды; диагностика; изоляция; микроматричный анализ; Нозерн-блоттинг; ПЦР в реальном времени; in situ гибридизация ; функциональный анализ; Обнаружение и использование SNP в качестве антигенов и многих других приложений на основе нуклеотидов. ^{[ 10 ]}^{[ нужна ссылка ]}

Ссылки

^ Сенгер, В. (1984) Принципы структуры нуклеиновых кислот , Springer-Verlag, Нью-Йорк, ISBN 3-540-90761-0 .
^ Jump up to: ^а ^б Обика, С.; Нанбу, Д.; Хари, Ю.; Морио, К.И.; В, Ю.; Исида, Т.; Иманиши, Т. (1997). «Синтез 2'-O,4'-C-метиленуридина и -цитидина. Новые бициклические нуклеозиды, имеющие фиксированное сморщивание C3, -эндо-сахара». Буквы тетраэдра . 38 (50): 8735. doi : 10.1016/S0040-4039(97)10322-7 .
^ Обика, С.; Онода, М.; Андох, К.; Иманиши, Дж.; Морита, М.; Коидзуми, Т. (2001). «3'-амино-2',4'-BNA: новые мостиковые нуклеиновые кислоты, имеющие фосфорамидатную связь N3'-->P5'». Химические коммуникации (19): 1992–1993. дои : 10.1039/b105640a . ПМИД 12240255 .
^ Обика, Сатоши; Хари, Ёсиюки; Секигути, Мицуаки; Иманиси, Такеши (2001). «2',4'-Мостиковая нуклеиновая кислота, содержащая 2-пиридон в качестве нуклеинового основания: эффективное распознавание прерывания C⋅G путем образования триплекса с пиримидиновым мотивом». Angewandte Chemie, международное издание . 40 (11): 2079. doi : 10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2079::AID-ANIE2079>3.0.CO;2-Z .
^ Морита, К.; Хасэгава, К.; Канеко, М.; Цуцуми, С.; Соне, Дж.; Исикава, Т.; Иманиши, Т.; Коидзуми, М. (2001). «2'-O,4'-C-этиленовые нуклеиновые кислоты (ENA) с нуклеазной устойчивостью и высоким сродством к РНК» . Исследования нуклеиновых кислот. Добавка . 1 (1): 241–242. дои : 10.1093/насс/1.1.241 . ПМИД 12836354 .
^ Хари, Ю.; Обика, С.; Секигути, М.; Иманиши, Т. (2003). «Селективное распознавание прерывания CG с помощью 2',4'-BNA, имеющего 1-изохинолон в качестве азотистого основания при образовании триплекса пиримидинового мотива». Тетраэдр . 59 (27): 5123. doi : 10.1016/S0040-4020(03)00728-2 .
^ Jump up to: ^а ^б Рахман, СМА; Секи, С.; Обика, С.; Хайтани, С.; Мияшита, К.; Иманиши, Т. (2007). «Образование высокостабильного триплекса пиримидинового мотива при физиологических значениях pH с помощью мостикового аналога нуклеиновой кислоты». Angewandte Chemie, международное издание . 46 (23): 4306–4309. дои : 10.1002/anie.200604857 . ПМИД 17469090 .
^ Кошкин А.А.; Сингх, СК; Нильсен, П.; Раджванши, В.К.; Кумар, Р.; Мельдгаард, М.; Олсен, CE; Венгель, Дж. (1998). «LNA (запертые нуклеиновые кислоты): синтез мономеров бициклонуклеозидов аденина, цитозина, гуанина, 5-метилцитозина, тимина и урацила, олигомеризация и беспрецедентное распознавание нуклеиновых кислот». Тетраэдр . 54 (14): 3607. doi : 10.1016/S0040-4020(98)00094-5 .
^ Коидзуми, М. (2006). «Олигонуклеотиды ENA как терапевтические средства». Современное мнение о молекулярной терапии . 8 (2): 144–149. ПМИД 16610767 .
^ Солер-Бистю, Альфонсо; Соррегьета, Анхелес; Толмаски, Марсело Э. (31 мая 2019 г.). «Перезагрузка мостиковых нуклеиновых кислот» . Молекулы . 24 (12): 2297. doi : 10,3390/molecules24122297 . ПМК 6630285 . ПМИД 31234313 .

Внешние ссылки

https://web.archive.org/web/20130126055902/http://www.rockefeller.edu/labheads/tuschl/sirna.html
http://www.sanger.ac.uk/resources/software/
Пфундхеллер, Хенрик М.; Ломхольт, Кристиан (2002). Запертые нуклеиновые кислоты: синтез и характеристика LNA-T-диола . Том. Глава 4. С. 4.12.1–4.12.16. дои : 10.1002/0471142700.nc0412s08 . ISBN 978-0471142706 . ПМИД 18428894 . S2CID 19507528 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )

[1] Сенгер, В. (1984) Принципы структуры нуклеиновых кислот , Springer-Verlag, Нью-Йорк, ISBN 3-540-90761-0 .

[j1-2] Jump up to: ^а ^б Обика, С.; Нанбу, Д.; Хари, Ю.; Морио, К.И.; В, Ю.; Исида, Т.; Иманиши, Т. (1997). «Синтез 2'-O,4'-C-метиленуридина и -цитидина. Новые бициклические нуклеозиды, имеющие фиксированное сморщивание C3, -эндо-сахара». Буквы тетраэдра . 38 (50): 8735. doi : 10.1016/S0040-4039(97)10322-7 .

[3] Обика, С.; Онода, М.; Андох, К.; Иманиши, Дж.; Морита, М.; Коидзуми, Т. (2001). «3'-амино-2',4'-BNA: новые мостиковые нуклеиновые кислоты, имеющие фосфорамидатную связь N3'-->P5'». Химические коммуникации (19): 1992–1993. дои : 10.1039/b105640a . ПМИД 12240255 .

[4] Обика, Сатоши; Хари, Ёсиюки; Секигути, Мицуаки; Иманиси, Такеши (2001). «2',4'-Мостиковая нуклеиновая кислота, содержащая 2-пиридон в качестве нуклеинового основания: эффективное распознавание прерывания C⋅G путем образования триплекса с пиримидиновым мотивом». Angewandte Chemie, международное издание . 40 (11): 2079. doi : 10.1002/1521-3773(20010601)40:11<2079::AID-ANIE2079>3.0.CO;2-Z .

[5] Морита, К.; Хасэгава, К.; Канеко, М.; Цуцуми, С.; Соне, Дж.; Исикава, Т.; Иманиши, Т.; Коидзуми, М. (2001). «2'-O,4'-C-этиленовые нуклеиновые кислоты (ENA) с нуклеазной устойчивостью и высоким сродством к РНК» . Исследования нуклеиновых кислот. Добавка . 1 (1): 241–242. дои : 10.1093/насс/1.1.241 . ПМИД 12836354 .

[6] Хари, Ю.; Обика, С.; Секигути, М.; Иманиши, Т. (2003). «Селективное распознавание прерывания CG с помощью 2',4'-BNA, имеющего 1-изохинолон в качестве азотистого основания при образовании триплекса пиримидинового мотива». Тетраэдр . 59 (27): 5123. doi : 10.1016/S0040-4020(03)00728-2 .

[AbdurRahman-7] Jump up to: ^а ^б Рахман, СМА; Секи, С.; Обика, С.; Хайтани, С.; Мияшита, К.; Иманиши, Т. (2007). «Образование высокостабильного триплекса пиримидинового мотива при физиологических значениях pH с помощью мостикового аналога нуклеиновой кислоты». Angewandte Chemie, международное издание . 46 (23): 4306–4309. дои : 10.1002/anie.200604857 . ПМИД 17469090 .

[8] Кошкин А.А.; Сингх, СК; Нильсен, П.; Раджванши, В.К.; Кумар, Р.; Мельдгаард, М.; Олсен, CE; Венгель, Дж. (1998). «LNA (запертые нуклеиновые кислоты): синтез мономеров бициклонуклеозидов аденина, цитозина, гуанина, 5-метилцитозина, тимина и урацила, олигомеризация и беспрецедентное распознавание нуклеиновых кислот». Тетраэдр . 54 (14): 3607. doi : 10.1016/S0040-4020(98)00094-5 .

[9] Коидзуми, М. (2006). «Олигонуклеотиды ENA как терапевтические средства». Современное мнение о молекулярной терапии . 8 (2): 144–149. ПМИД 16610767 .

[10] Солер-Бистю, Альфонсо; Соррегьета, Анхелес; Толмаски, Марсело Э. (31 мая 2019 г.). «Перезагрузка мостиковых нуклеиновых кислот» . Молекулы . 24 (12): 2297. doi : 10,3390/molecules24122297 . ПМК 6630285 . ПМИД 31234313 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]